基于光伏供电的超声波除藻船设计

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1、基于光伏供电的超声波除藻船设计宋振胨庆东侯海玉王志森高鑫王恒亮化柄淇滨州学院航空工程学院滨州学院飞行学院摘要：水体富营养化及其防治是当今世界普遍关注的热点与难点问题，超声除藻技术是最近几年提出的一种新型除藻技术。文章设计的超声除藻船，通过超声波换能器产生超声波，超声波作用于水屮藻类，从而抑制藻类生长，本装置用太阳能电池供电，通过电机控制整个装置在水面的运行。关键词：光伏供电;超声波;除藻;单片机;作者简介：陈庆东（1981-）,男，硕士，实验师，从事电子技术的实验教学及研宄。基金：国家级大学生创新训练计划项目“

2、浮游式太阳能超声除藻装置设计”（编号：201710449028）1研制背景及意义水体的富营养化常常导致蓝绿藻大肆生长，近年来频频造成水华问题的爆发，已报道的较为严重的地区有太湖、滇池、巢湖等地111。寻求高效、可持续藻类治理方法已成为迫切需耍解决的社会问题。现有的除藻方法有机械捕集、药物除藻、深层曝气等方法，这几种方法各有优缺点，机械捕集消耗大量人力物力，药物除藻，容易造成二次污染，深层曝气容易对别的水生生物造成伤害。超声波作为一种新型环境处理技术，该技术不引入任何化学物质、效果显著、操作简单、条件温和，被称为

3、“环境友好技术”，本作品采用的除藻装置是由超声波发生器，超声波振子，超声波振板共同作用；电力装罝是由太阳能电池板供电，环保节能;浮游装置是由不锈钢板制作而成，作品总体造价合理。经实验发现木作品能在短期实现除藻，效果显著，II不会引起二次污染，更清洁，更符合节能减排的主题，市场还未出现同类产品，所以本作品如果生产出来，应用市场的前景也会非常广阔。2设计方案2.1整体设计方案LT号生信发器LT逆变器电动机机速关FK>凋开单片机PT阳控器MPP太能制4太阳能电池板图1基于光伏供电的超声波除藻船电路控制图下载原图超声波

4、除藻船的电路控制流程图如图1所示，系统的能量来自太阳能电池板，太阳能电池板发电后，通过MPPT控制器控制给蓄电池充电，充满后自动断电。储存在蓄电池的电能一部分供给电动机，通过电机调速开关，控制螺旋桨的正转、反转和螺旋桨的转速。另一部分通过逆变器，逆变后供给超声波信号发生器和功率放大器，然后通过超声波换能器输出特定频率和功率的超声波，通过单片机和时间控制器，控制超声波的作用时间。2.2太阳能电池板控制部分太阳能电池板m在太阳光的照射下，产生电能。通过太阳能控制器将太阳能电池板发的电输入到蓄电池中。MPPT太阳能控

5、制器可以检测主回路直流电压及输出电流，计算出太阳能阵列的输出功率，并实现对最大功率点的追踪。2.3调速器控制部分通过调速器的控制，使直流电机既可以正反转，又可以控制电机转动的频率。电机的转动带动浮游装罝的运动。2.4超声波发射电路超声波U1实质是指频率为20千赫~50兆赫左右的电磁波，它是一•种机械波，需要能量载体-介质-来进行传播。图2为超声波发射部分的电路图。r>i-P4lN4W7阁2超声波发射电路阁下载原阁2.5超声波参数设置国内对于超声波除藻效果的研宄很多，其中文献［5］和文献［6］研宄了不同的超声波参

6、数设置对除藻效果的影响。为了更好地达到除藻效果，本文的超声波除藻装置采用丫50W、40kIIz的超声波参数用来进行除藻工作。超声除藻的原理即是通过超声振动引起藻类的分子的共振，从而去除藻类。影响除藻效果的因素有超声波的发射功率，超声的频率，和超声作用的时间，作为一个光伏供电的除藻船，没有外部接入能源供给，我们需要考虑超声的功率不宜太大，我们选用50W,对于超声波的频率，也不是越高越好，我们根据査阅的文献，选择40kHz，超声振动的作用时间也不是时间越长越好，5min的作用时间棊本上就可以对藻类生长起到很好的抑制

7、作用，作用时间太长，对藻类的去除几乎没有更好的影响，所以考虑5min，综合除藻效果与经济效益，本设计采用功率为50W，频率为40kHz的超声波辐照。3作品实物及除藻效果设计好浮游装置的整体结构，合理分布好每个模块的位置，阁3为浮游装置的实物图，超声波振子位于浮游装罝的前后和两侧，更好的除藻，太阳能电池板和太阳能控制器放在浮游装置的一端，蓄电池放在另外一端，电动机，电动机调速器和螺旋桨放在浮游装置的后面，通过单片机控制电动机的正转和反转，控制浮游装置的运行。超声波发生器、逆变器、信号发生器放在浮游装置屮央。其次，

8、需要解决好浮游装罝内各个模块之间同时工作的关键问题，需要考虑到用单片机控制超声波发生器和超声波振子的供电、逆变器和蓄电池内电流的转换以及电动机调速器控制螺旋桨的转动。图3作品实物图下载原图将本小组设计的除藻船，放到学校的池塘屮，通过无线遥控控制船体的运行，本船可以自由任意方向在湖泊上行驶，超声波振子的工作也通过遥控完成，可以设罝超声波的工作频率和工作时间。本实验小组8月1日-8月3日去